Gutdver.ru

Отделка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как работает автоматический выключатель

Как работает автоматический выключатель

Как работает автоматический выключатель

Модульный автоматический выключатель — это устройство, предназначенное для защиты электрических сетей от токов короткого замыкания и перегрузки сверхтоком (величина, которого больше, чем максимальная, на которую рассчитан ток).

Существует много разновидностей автоматических выключателей — модульные, в литом корпусе, высоковольтные и т.д. В быту (квартире, частном доме, офисе или небольшом производстве) в основном используются модульные автоматические выключатели.

Особенности конструкции модульных выключателей

Все модульные выключатели имеют идентичную форму и габаритные размеры. Это связано с тем, что они должны без проблем устанавливаться в модульные электрические щиты и быть взаимозаменяемыми.

Корпус автоматического выключателя изготавливается из пластика, не поддерживающего горения (чтобы в случае аварии не быть источником пожара) и имеет следующие размеры: высота 80мм, глубина 70 мм, ширина — кратная 18 мм (одному полюсу). На передней панели автоматически выключатель имеет ручку включения/выключения, на нее так же наносятся характеристика автоматического выключателя, такие как ампераж, кривая отключения, ток короткого замыкания и т. д. Сверху и снизу автоматическии выключатель имеет входную и выходную клеммы для подвода питания и подключения нагрузки. На задней панели автоматического выключателя есть крепления для его установки на DIN-рейку.

Автоматический выключатель: устройство механизма

Когда тепловой автоматический выключатель работает нормально, через него протекает ток, который не превышает номинальный. Питание поступает через внешнюю клемму на второй контакт (неподвижный). Неподвижный контакт соприкасается с подвижным контактом, через винт тепловой уставки, а он в свою очередь с биметаллической пластинкой. Биметаллическая пластинка является тепловым расцепителем у автоматического выключателя, мы ее обсудим позже.

Питание с теплового расцепителя далее поступает на катушку соленоида, который является электромагнитным расцепителем.

С катушки соленоида питание поступает на выходную клемму.

устройство автоматического выключателя

Оба расцепителя имеют возможность разрыва цепи в случае обнаружения аварии.

В случае наступления нештатной ситуации, когда один из расцепителей замечает ток выше номинального, происходит разрыв сети за счет механизма свободного расцепления

Автоматический выключатель с тепловым расцепителем

Термомагнитный расцепитель автоматического выключателя представляет собой биметаллическую пластинку, через которую проходит ток. Пластина изготовлена из двух видов металла соединенных между собой, но у которых сильно отличаются коэффициенты теплового расширения. За счет этого достигается такой эффект, что при нагреве такой пластинки она начинает изгибаться (1 вид металла уже сильно нагрелся, второй меньше, за счет этого пластинку начинает «вести»). Толщину пластинки подбирают таким образом, что при номинальном токе теплового расширения практически не происходит. Но при увеличении проходимого тока пластина начнет со временем искривляться, пока не разорвет контакт с подвижным контактом автоматического выключателя. Для более точной подстройки теплового расцепителя у подвижного контакта имеется винт тепловой уставки. Чем больше винт выкручен, тем большее расстояние будет между подвижным контактом и биметаллической пластинкой. И чем больше расстояние, тем больше пластинке необходимо изогнутся, для аварийного срабатывания, тем самым увеличивается номинальный ток расцепления.

Тепловой автоматический выключатель с термомагнитным расцепителем чувствителен к сверхтокам. Он способен почувствовать небольшие превышения тока, но в тоже время он медленный и на его реакцию уходит минуты, а при малых превышениях даже десятки минут. При небольших превышениях в этом ничего страшного нет, т. к. превышение тока в 1.5-2 раза в течении нескольких минут защищаемому кабелю вреда не принесут. Другое дело это ток короткого замыкания. В этом случае ток превышает в десятки, а иногда и в сотни раз номинальный, и в этом случае провод может испортиться уже через несколько секунд. Для быстрого реагирования на большие токи используется электромагнитный расцепитель.

Читайте так же:
Выключатели автоматические трехполюсные s203m c32

Электромагнитный расцепитель представляет из себя катушку с установленным внутри соленоидом. В нормальном состоянии соленоид замыкает цепь с помощью пружины. При коротком замыкании проходящие токи, который во много раз превышают номинальный, увеличивают магнитный поток, который втягивает соленоид в катушку, преодолевая сопротивление пружины. Втягивание приводит к разрыву цепи.

электромагнитный расцепитель

Этот процесс занимает доли секунды, но при этом этот расцепитель является довольно грубым и не будет реагировать на токи соизмеримые с номинальным.

Дугогасительная камера

При выключении автоматического выключателя происходит разрыв цепи внутри него. При разрыве между контактами возникает электрическая дуга. Эта дуга нагревает контакты до большой температуры (2000-3000 градусов). Температура зависит от проходящего тока и времени горения дуги.

Значительный нагрев контактов приводит к их перегреву и подгоранию, а в случае длительного горения дуги не исключено плавление корпуса автомата или даже пожара.

Исключить возникновение дуги невозможно, но можно максимально снизить негативный эффект от дуги.

Существует несколько способов для этого, но наиболее эффективным является дугогасительная камера.

Она представляет собой набор взаимоизолированных металлических пластинок. Камера устанавливается между контактами.

При размыкании дуга возникает на контактах, далее переходит на дугогасительную камеру и там за счет пластин дробится на мелкие части, тем самым значительно теряя свою разрушительную мощность.

В ходе горения дуги выделяются газы. Для их отвода из корпуса автоматического выключателя в нем предусмотрены специальные отверстия.

Купить автоматические выключатели в интернет-магазине

Если вам нужны электроавтоматы, купить их, а также другие виды выключателей и сопутствующие товары, вы найдете их в каталоге на нашем сайте. Помните, выбирая автоматический выключатель: цена будет зависеть от его характеристик. Удобный фильтр по параметрам поможет вам быстро выбрать подходящий автоматический выключатель: стоимость, производитель, серия, отключающая способность, напряжение — эти и прочие показатели предусмотрены в фильтре.

На нашем сайте можно купить электроавтоматы с доставкой по Украине. Обратите внимание, заказывая электрические автоматы: цена покупки будет зависеть от тарифа выбранной транспортной компании. Также цена автоматов электрических может быть снижена по акции: не забывайте проверять обновления в соответствующем разделе на сайте. Выбрав выключатель автоматический, купить его вы можете по наличному либо безналичному расчету.

Если у вас есть вопросы про какой-либо выключатель автоматический, обратитесь за консультацией к нашим менеджерам. Они подскажут, какие электрические автоматы купить именно для ваших целей, как оформить заказ и доставку, как можно оплатить покупку и т. д.

Конструкция модульного автоматического выключателя

Электромагнитный расцепитель представляет собой магнитную катушку, через которую протекает весь ток одного из полюсов автомата. При превышении тока в 3 – 5, 5 – 10, 10 – 20 от номинального (диапазон зависит от характеристики отключения) протекающий через катушку ток создает магнитное поле, достаточное для приведения в движение расположенного внутри штока (якоря), который активизирует механизм расцепления контактов, и они размыкаются.

Ниже на рис. 3 приведена конструкция однополюсного модульного автоматического выключателя.

Двух-, трех-, четырехполюсные автоматические выключатели имеют в своем составе соответствующее количество таких же модулей с одной общей ручкой взвода. Также стоит отметить, что все модули одного автомата имеют механическую связь внутри, за счет которой происходит отключение контактов всех полюсов даже при срабатывании одного из них, при этом ручка взвода может быть заблокирована во включенном положении, это не влияет на отключение контактов внутри автомата.

Рассмотрим наиболее интересные элементы конструкции.

Электромагнитный расцепитель представляет собой магнитную катушку, через которую протекает весь ток одного из полюсов автомата. При превышении тока в 3 – 5, 5 – 10, 10 – 20 от номинального (диапазон зависит от характеристики отключения) протекающий через катушку ток создает магнитное поле, достаточное для приведения в движение расположенного внутри штока (якоря), который активизирует механизм расцепления контактов, и они размыкаются.

Читайте так же:
Дистанционное управление через выключатель

Тепловой расцепитель в данном случае представляет собой биметаллическую пластину, которая нагревается при протекании электрического тока и при определенной температуре происходит её изгибание, отключающее контакты.

1 – ручка взвода;

2 – механизм включения;

3 – контакты (2 шт);

4 – клеммы подключения (2 шт.);

5 – биметаллическая пластина теплового расцепителя;

6 – калибровочный винт;

7 – катушка электромагнитного расцепителя;

8 – дугогасительная камера.

Рисунок 3. Конструкция однополюсного модульного автоматического выключателя

Существуют автоматические выключатели с магнито-гидравлическим расцепителем, у которых фактически имеется только электромагнитный расцепитель, к которому добавлен гидравлический замедлитель, а биметаллическая пластина отсутствует. Гидравлический замедлитель обеспечивает выдержку срабатывания при кратковременном превышении номинального тока. Преимущество автоматических выключателей с таким расцепителем заключается в том, что они допускают включение сразу после аварийного срабатывания. Обычный автомат с тепловым расцепителем нельзя включать определенный период времени после срабатывания по тепловой перегрузке, т.к. биметаллическая пластина должна остыть, в противном случае он может сработать опять или даже не включиться.

Автоматические выключатели с магнито-гидравлическим расцепителем целесообразно применять только там, где может быть критически необходимым запитать отключившуюся нагрузку сразу после аварийного отключения, несмотря на возможные негативные последствия для электрической линии. Например, это важно на электротранспорте.

Еще одним важным элементом конструкции автоматического выключателя является дугогасительная камера. Она обеспечивает эффективное гашение дуги в момент разрыва контактов. Чем выше ток короткого замыкания, тем сложнее разорвать дугу, более сложная дугогасительная камера обеспечивает возможность автоматов работать в сетях с высоким током КЗ. В простейшем случае дугогасительная камера представляет собой набор пластин, через которые направляется дуга – пластины разбивают дугу, что приводит к снижению тока и её гашению.

Дугогасительные камеры автоматических выключателей, предназначенных для работы в сетях постоянного тока, очень часто оснащаются постоянным магнитом, который оттягивает дугу на себя и способствует её разрыву. Необходимость применения постоянных магнитов вызвана сложностью гашения дуги в сетях постоянного тока в сравнении с сетями переменного тока. При подключении таких автоматических выключателей нужно быть внимательными, т.к. они подключаются с соблюдением полярности.

Биметаллические элементы электрических аппаратов и электроприборов

Биметаллический элемент представляет собой жесткое соединение двух металлов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения.

Если такой элемент нагреть, то каждый из двух указанных металлов будет удлиняться на определенную величину, характеризующуюся коэффициентами линейного расширения. Так как эти коэффициенты неодинаковый металлы жестко связаны друг с другом биметаллический элемент будет изгибаться в сторону металла, имеющего меньшее значение коэффициента линейного расширения.

Этим свойством биметалла пользуются для построения реле и регуляторов, предназначенных приходить в действие или от температуры среды, в которой расположен элемент, или от величины тока, питающего защищаемый объект.

В последнем случае этот ток пропускают или непосредственно через биметалл (при малых токах), пли через специальный нагреватель (обычно металлическую спираль), охватывающий биметалл.

Биметаллический элемент термореле

При нагреве биметаллический элемент деформируется и размыкает электрическую цепь или непосредственно, или приводит в действие механизм, размыкающий контакты данной цепи (например, отбрасывает собачку, удерживающую контакты во включенном положении).

Принцип действия биметаллического элемента:

Биметаллический элемент чаще всего имеет (в холодном состоянии) форму прямых или U-образных пластин, реже — выполняется в форме плоских спиралей или цилиндрических пружин.

В зависимости от рода и назначения аппарата, в котором применяется биметалл, к последнему могут предъявляться различные требования: давать равные отклонения в широком диапазоне изменения температур, для чего необходима по возможности линейная зависимость между прогибом биметалла и его температурой во всем диапазоне последней, или обеспечить определенную чувствительность только при определенной температуре.

Конструкция биметаллического теплового расцепителя автоматического выключателя:

Биметаллическая пластина модульного автоматического выключателя General Electric G61

Изготовить биметалл для второго случая работы, очевидно, легче, чем для первого. Для некоторых случаев требуется, кроме того, определенный минимум отклонения, обеспечивающий надежное отключение цепи, а также — определенный минимум механической силы (или изгибающего момента), развиваемой биметаллом.

Все эти требования должны быть учтены при выборе формы и материала биметаллического элемента.

Соединение металлов между собой лучше всего производить с помощью сварки и в дальнейшем — прокатки. Спайка дает несколько худшие качества соединения. Составляющие биметалла должны приблизительно иметь одинаковую механическую прочность, чтобы при прокатке, обработке и нагреве получить одинаковые напряжения в материалах. Кроме того, для хорошей работы биметалла необходимо, чтобы он не имел остаточных деформаций, т. е. обладал высокими упругими свойствен.

Биметаллические пластины используются в электротепловых реле для защиты электродвигателей от токовых перегрузок. При возрастании тока через пластину, она нагревается, изгибается и отключает контакты реле, которые находятся в цепи катушки магнитного пускателя.

Электротепловое реле РТЛ:

Тепловое реле РТЛ

Работа теплового расцепителя автоматического выключателя

Биметаллическая пластина в конструкции автоматических выключателей ПАР:

Устройство автоматического выключателя ПАР

Очевидно, чем больше разность коэффициентах линейного расширения металлов, тем при прочих равных условиях получим большую чувствительность биметалла, т. е. большее значение стрелы прогиба. Поэтому нужно подбирать пару металлов с большой разностью этих коэффициентов.

В качестве металла с низким коэффициентом линейного расширения обычно берут железо-никелевые сплавы (от 36 до 46% никеля). Очень распространен для этого случая так называемый инвар (36,1% Ni+ 63,1Fe + 0,4%Mn + 0,4%Cu) и ему подобные сплавы.

В качестве термоактивной компоненты могут быть использованы различные металлы: медь, латунь, константан и т. д.

Толщина металлических пластин, образующих биметалл, обычно не превосходит десятых долей миллиметра.

Автоматический выключатель

Автоматический выключатель – это устройство, при возникновении заданных условий обрывающее цепь питания нагрузки. Оборудование территориально входит в состав распределительного щитка. Целью становится отключение нагрузки в аварийной ситуации, плюс возможность обесточивания части домашней сети (к примеру, требуется при ремонтных или сервисных работах).

История и устройство автоматических выключателей

Первые упоминания о выключателях, способных выполнять функции автоматически, даются Томасом Эдисоном в 1879 году. В задачу устройств входило обесточивание цепей, состоящих из лампочек накала, при возникновении короткого замыкания или нештатных ситуаций. Однако коммерческие варианты технических решений оказались лишены этого новшества, и первые аналоги современных моделей запатентованы гораздо позднее. Швейцарская фирма Браун, Бовери & Си сделала это в 1924 году. Люди и сегодня пользуются продукцией компании под брендом АВВ.

Изначально принцип действия автоматических выключателей основывался на использовании магнито-термических расцепителей. С первых дней внедрялись устройства гашения искр. Необходимый шаг – типичные контакторы при срабатывании продуцировали дугу. Это создавало помехи и приводило к быстрому выходу из строя собственно автоматических выключателей. Для блокировки эффекта стали применять сжатый воздух и масло. В качестве среды для получения дуги часто используется вакуум или разреженный газ. В этих условиях горение не долгое.

Конструкция выключателя

Что касается моделей попроще, сложность помогают решить искрогасящие камеры. Они состоят из множества изолированных медных пластин и располагаются, пересекая траекторию дуги. В результате энергия разряда теряется на этих импровизированных конденсаторах. Методы гашения искры делятся на категории:

  1. Отклонение траектории дуги, удлинение пути.
  2. Разбиение разряда на несколько частей (к примеру, камера, обсуждавшаяся выше).
  3. Размыкание контактов в момент перехода переменного тока через нуль.
  4. Использование конденсаторов большой емкости для запасания энергии искры.

Магнито-термический расцепитель

Магнито-термический расцепитель считается основной составляющей частью большинства выключателей, решая одновременно две задачи:

  1. Термическая часть, основанная на биметаллическом реле, отвечает за отключение при медленном перегреве в течение длительного времени. Допустим, в инструкции написано, что при превышении током номинального значения на 45% выключатель сработает через 1 час. Это термическая (биметаллическая) часть устройства. Медленно и верно пластина из двух металлов греется до температуры срабатывания.
  2. Электромагнитная часть задействуется, когда на линии возникает сильная перегрузка. К примеру, короткое замыкание. Тогда через выключатель проходит большая мощность, и требуется быстро разомкнуть контакты для блокировки возникновения электрической дуги (чем быстрее растёт расстояние между контактами, тем слабее негативный эффект). Управление подвижной частью выполняется через электромагнитную катушку. При угрозе возникновения нештатной ситуации она мгновенно отщёлкивает выключатель, электрическая дуга не возникает.

Обратите внимание, в первом случае большого тока нет, а биметаллическое реле становится пассивным устройством, не требующим питания извне. Подобные технические решения применяются повсеместно. Прямо в аналогичном виде: в составе пускозащитных реле холодильников, внутри утюгов, обогревателей. Свойства биметаллических пластин применяются в электрочайниках. Это температурный датчик, реагирующий на изменение условий среды. Попробуйте спичкой подогреть биметаллическую пластину, и она отщелкнётся, словно ток превышает допустимый на заданную величину. Механизм инерционный, идеально подходит для отслеживания медленных изменений.

Электромагнитная часть состоит из соленоида, обмотка которого включена последовательно с нагрузкой. При резком повышении напряжения образуется мощный магнитный поток между витками, рывком втягивающий шток с контактом на конце. Порог срабатывания задаётся классом автоматического выключателя. Проще продемонстрировать на примере. В большинстве проспектов, рекламирующих свойства защитных автоматов, найдётся специфического вида график. Он характеризуется наличием вертикальной части, это показан отрезок действия электромагнитного расцепителя.

Класс автоматического выключателя, время-токовые характеристики

По горизонтали на время-токовой характеристике автоматического выключателя откладывают отношение тока к номинальному. По вертикали проставляется время полного разрыва цепи. Положение вертикального участка графика дает основание судить о классе автоматического выключателя. К примеру, для В это область от 3 до 5, для С – от 5 до 10, для D – от 10 до 20. Иллюстрацию проще провести на разноцветном графике, а из руководства расположился чуть левее, в черно-белых тонах. Если присмотреться, видно, что пример позаимствован из класса D. По этой характеристике допустимо судить о предназначении устройства. К примеру:

  • Класс В с порогом срабатывания 3 – 5 номинальных значений годится для резистивной нагрузки. Освещение, обогреватели.
  • Для индуктивно-ёмкостной нагрузки требуется класс автоматических выключателей С с порогом срабатывания до 10 номинальных значений тока. Сюда входят все типы двигателей, включая асинхронные и коллекторные. Задумайтесь о классе С, если в доме пылесос, стиральная машина, строительный инструмент.
  • Класс D применяется для грубых цепей с большим потреблением: производственные участки цехов с обилием двигателей преимущественно асинхронного типа.
  • Класс Z с порогом срабатывания 2 – 3 применяется преимущественно для электроники.

Классы по ГОСТ Р 50345-2010

Классы по ГОСТ Р 50345-2010

Известны прочие специфические типы. Основными считаются A, B, C и D. В прайсах буквы ссылаются на тип мгновенного (электромагнитного) расцепителя, а дальше уже каждый выбирает по собственным нуждам. На единый номинальный ток у производителя представлен сразу ряд моделей (у каждой собственный класс). Время срабатывания неизменно, варьируется лишь порог. Вопрос важен и почему-то редко обсуждается в пределах рекламных кампаний конкретных производителей. По скромному убеждению авторов знания о классах относятся к профессиональным. Считается, что заказывающий оборудование человек уже в курсе.

Периодически встречаются каталоги без указаний на класс автоматических выключателей. В этом случае нужно ориентироваться на отношение номинального и вызывающего срабатывание устройства токов. Они указываются в таблицах, производитель считает, что классность становится лишним параметром.

Разновидности автоматических выключателей

Главное разграничение проводится по числу фаз. Это неактуально для стандартных квартирных моделей, приобретает значение в промышленности. Часто, если выпадает одна фаза, по прочим потребление увеличивается. Образуется перекос, ведущий к выходу оборудования из строя. Трёхфазный автоматический выключатель рвёт питание сразу по всем выходам. Незаменим тремя обычным на 220 В.

Токи срабатывания выбираются согласно классу расцепителя, но в отдельных приборах возможно отдельно настраивать опцию. Допустим, автоматические выключатели 3RV10/3RV11 (каталоги Siemens) настраиваются на ток отключения, в 13 раз превышающий номинальный. Этим заведомо перекрываются потребности запуска большинства двигателей. Если потребитель недоволен такими характеристиками, возможно изменить параметры в нужную сторону.

Выключатель электропитания

Часто среди параметров автоматических выключателей попадается предельная отключающая способность. Поясним эту цифру на простом примере. Не стоит путать ее с током срабатывания расцепителя. Отключающей способностью описывают жуткую аварию, когда ток не просто достиг порогового значения, но многократно превысил лимит. К примеру, штатной считается ситуация, когда в цепи течёт 10,5 А. Одновременно номинальный ток составляет всего лишь 2,5 А. Значит, автоматический выключатель относится к классу В (10,5/2,5 = 4,2). Отключающая способность может быть, к примеру, 50 кА.

Это ток, при котором прибор ещё сможет выполнять обязанности. Не расплавится, не сгорит, не закоротит намертво цепь. Если ток короткого замыкания превышает отключающую способность, производитель снимает гарантии. В задачи проектировщика входит избежание подобной ситуации в принципе. Сделать это просто – требуется позаботиться, чтобы активное сопротивление кабелей не стало слишком низким. Оно становится фактором, ограничивающим ток. К примеру, в цепи 220 В десятки тысяч амперов никогда не появятся. Иначе требуется снижение активного сопротивления кабелей 4,4 мОм.

Это крайне малое значение. Для сравнения, по промышленным стандартам сопротивление цепи заземления не должно превышать 3 – 5 Ом, что на три порядка выше указанной цифры. Производители приборы изготавливают с гигантским запасом. Это касается и срока службы. Типичным значением становится 10000 циклов переключения – 10000 нештатных ситуаций. Понятно, что цифра недостижима при разумной эксплуатации домашней сети. Основным параметром автоматического выключателя из сказанного становится номинальный ток. Но при превышении значения мгновенного отключения не происходит.

Рабочие характеристики выключателя

Рабочие характеристики выключателя

Автоматический выключатель продолжит работать. И чтобы проследить дальнейший ход событий, нужно пользоваться рабочими характеристиками. К примеру, ориентируясь на приведённые на рисунке. В зависимости от кривизны обнаруживается, что при превышении номинального тока на 13% автоматический выключатель проработает пару часов. Иногда подобная информация выносится в таблицу характеристик, чтобы подчеркнуть указанный момент. Это обговаривается отдельно, данные напрямую влияют на поведение цепи.

Сотрите при выборе на характеристики автоматических выключателей:

  1. Предельная температура эксплуатации. Понятно, что для помещения рамки уже, а стоимость ниже, нежели для применения в уличных условиях.
  2. Иногда требуется знать степень защиты корпуса по классу IP. Это объясняется предписаниями стандартов.
  3. Внешнее исполнение типичное. Чаще корпус под DIN-рейку, позволяющий поставить прибор в стандартный распределительный щиток.
  4. Часто производитель приводит значение внутреннего сопротивления прибора. Этот параметр косвенно увязывается с предельной отключающей способностью и номинальным напряжением (по закону Ома). Сопротивление показывает, сколько активной мощности выделяется внутри корпуса при протекании тока.
  5. Гораздо реже роль играет частота напряжения. В промышленности часто применяются 400 Гц и прочие значения. Выключатели, изготовленные по таким требованиям, не всегда годятся для рядовой квартиры.
  • alt=»Сенсорный выключатель» width=»120″ height=»120″ />Сенсорный выключатель
  • alt=»Как подключить проходной выключатель» width=»120″ height=»120″ />Как подключить проходной выключатель
  • alt=»Пакетный выключатель» width=»120″ height=»120″ />Пакетный выключатель
  • alt=»Как подключить двухклавишный выключатель света» width=»120″ height=»120″ />Как подключить двухклавишный выключатель света
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector